סולם סייסמי

מתוך ויקיפדיה, האנציקלופדיה החופשית
קפיצה אל: ניווט, חיפוש

סולם סייסמי הוא יחידת מידה המשמשת לחישוב עוצמתן וחומרת פגיעתן של רעידות אדמה. הסולמות נחלקים לסולמות של עוצמה (magnitude) באמצעותם מחושבת האנרגיה שהשתחררה ברעידת האדמה ולסולמות של חומרת פגיעה (intensity, severity) באמצעותם נאמדת השפעת רעידת האדמה על פני השטח.‏[1]

מפת רעידת האדמה ורעידות המשנה בסנדאי, 2011

חומרה ועוצמה[עריכת קוד מקור | עריכה]

רעידת אדמה מתוארת גם במונחי חומרת הפגיעה וגם במונחי עוצמת הרעידה. רעידות אדמה חזקות בעוצמתן הן לא בהכרח חמורות במיוחד בפגיעתן ורעידות שפגיעתן חמורה הן לא בהכרח חזקות במיוחד בעוצמתן. השוני במידה נגרם ממגוון של מרכיבים: עומק מוקד רעידת האדמה, מרחק המוקד מאזורים מיושבים, תנאי המסלע והקרקע, צפיפות האוכלוסייה, איכות הבנייה ואחרים. כך, שתי רעידות בעוצמה מסוימת עשויות להתבטא בחומרה, בנזק ובמספר נפגעים שונה, ושתי רעידות שהתבטאו בחומרת פגיעה מסוימת, בנזק ובמספר נפגעים דומה – עשויות להיות בעלות עוצמה שונה.[2]

את ההבדל בין עוצמת הרעידה לבין חומרת פגיעתה הסביר צ'ארלס ריכטר – שפיתח סולם סייסמי מבוסס עוצמה הקרוי על שמו, סולם ריכטר – בראיון שהתקיים ב-1980:[3]

Cquote2.svg

זה גורם לבלבול רב בציבור. אני נוהג לדמות זאת לשידורי רדיו. הסייסמוגרפים (או מקלטי הרדיו) מקליטים גלים של הפרעות אלסטיות (או של גלי רדיו) המורקנים ממקור רעידת האדמה (או מתחנת שידורי הרדיו). אפשר לדמות את העוצמה להספק השידור של תחנת הרדיו בקילוואטים. לפי הדימוי הזה, החומרה המקומית בסלום מרקאלי ניתנת להשוואה לטיב האות הנשמע במקלט הרדיו במקום מסוים. בדומה לטיב האות במקלט הרדיו, החומרה תלך ותדעך ככל שמתרחקים מהמקור, אף כי היא תלויה בתנאים המקומיים ובמסלול ממקור הרעידה לנקודת המדידה.

Cquote3.svg

חומרת פגיעה[עריכת קוד מקור | עריכה]

חומרת הפגיעה של רעידת אדמה מיוצגת באמצעות ספרות רומיות (לדוגמה: I, II, III, IV, V), המציינות תוצאים שלה על פני השטח. תוצאים אלה נמדדים בהשפעתם על תחושתם של בני אדם ובעלי חיים ובהשפעתם הישירה על מבנים מעשה ידי אדם – דוגמת בניינים, או מבנים טבעיים – דוגמת גופי מים והרים. אומדן החומרה מבטא את ההבדלים בין רעידת אדמה הנמדדת במכשירים בלבד לבין זו המורגשת על ידי בני אדם, וכן דרגות שונות של נזק הנגרם לחפצים ולמבנים.

אומדן החומרה נעשה באמצעות שאלונים המפרטים תחושות ותצפיות של אנשים[4] ובאמצעות עדויות מדעיות מהשטח המתעדות שינויים במפלס מים בבארות, סדקים בקרקע ונזק לחפצים ולמבנים.

עוצמת רעידה[עריכת קוד מקור | עריכה]

באותו ראיון סיפר ריכטר, אסטרונום חובב, כי טבע את המונח "עוצמה" – המשמש להגדרת בהירות אורם של כוכבים – כמדד להיקפה של רעידת אדמה. ריכטר סבר כי התנודה המרבית הנרשמת בתחנת מדידה עשויה לשמש להגדרת גודל מסוים – עוצמה – באמצעותו ניתן לערוך השוואה בין גודלן של רעידות אדמה.

העוצמה של רעידת אדמה מיוצגת באמצעות ספרות הודיות-ערביות (9 ,8 ,7 ,6 ,5 ,4 ,3 ,2 ,1 ,0), המציינות את גודלה במדידה לא ישירה של האנרגיה הסייסמית שהשתחררה בה.

סולמות סייסמיים[עריכת קוד מקור | עריכה]

הבנת התהליכים המתרחשים ברעידת אדמה והצורך בהערכת חומרתן התפתחו במקביל להתפתחות המחקר הסייסמולוגי בכללותו. במהלכו פותחו כמה סולמות, המבוססים הן על עוצמת רעידות האדמה והן על חומרת הפגיעה שלהן.

סולמות חומרה[עריכת קוד מקור | עריכה]

רעידת האדמה בקלבריה, הדפס מ-1783

סולמות ראשונים[עריכת קוד מקור | עריכה]

המיון הראשון של חומרת רעידות אדמה נערך בשנות ה-80 של המאה ה-18 על ידי הרופא האיטלקי דומניקו פיניאטרו (Domenico Pignataro,‏ 1735–1802), שסקר מידע מ-1,181 רעידות אדמה וסיווגן לחלשות, מתונות, חזקות וחזקות מאוד.[5] את רעידות האדמה שהתרחשו בקלבריה בדרום איטליה בשנת 1783 וגרמו למותם של עשרות בני אדם סיווג פיניאטרו כ"אלימות" – הדרגה החמישית והגבוהה ביותר. סולם זה היה גס למדי, ולא נעשה בו שימוש מדעי. באותה עת יצר האדריכל פומפיי סקיאנטרלי (Pompey Schiantarelli) – שסייע בשיקום הערים שנפגעו – את המפה הראשונה לנזקי רעידת אדמה, בה השתמש בסימון כוכבים לציון חומרת הנזק שנגרמה ליישובים שונים.[6]

ב-23 בפברואר 1828 אירעה בהולנד רעידת אדמה, בעקבותיה יצר המתמטיקאי הגרמני פ' איגן (P.N.C Egen,‏ 1793–1849) סולם חומרה בן שש רגות, שלווה במפה בה נצבעו השטחים שנפגעו ברעש על פי חומרת הפגיעה. בסולם של איגן נעשה שימוש מדעי במשך כמה עשורים, במקביל להתפתחותם של סולמות נוספים.

סולם רוסי-פורל[עריכת קוד מקור | עריכה]

היסוד לסולם חומרה סייסמי מודרני הונח בשנת 1873 על ידי הסייסמולוג האיטלקי מיקלה דה רוסי (Michele Stefano Conte de Rossi,‏ 1834–1889), שפותו בעזרתו של הלימנולוג השווייצרי פרנסואה אלפונס פורל (François-Alphonse Forel,‏ 1841–1912) והוצג בשנת 1886. סולם זה נקרא סולם רוסי-פורל והוא מורכב מ-10 דרגות חומרה.

סולמות יפניים[עריכת קוד מקור | עריכה]

מוקד רעידת האדמה בקובה, 1995

בשנת 1884 הוחל בפיתוחו של סולם חומרה ביפן. בתחילת קיומו של סולם זה נעשה שימוש ב-4 יחידות שינדוֹ (מיפנית: 震度, דרגת רעד) – 微 לקלושה, 弱 לחלשה, 強 לחזקה ו-烈 לאלימה. סולם שינדו המשיך להתפתח, ובשנת 1898 הפך סולם החומרה לסולם מספרי מדרגה 0 עד דרגה 7. בשנת 1908 הוגדר פירוט לדרגות הרעד השונות ובשנת 1995, לאחר רעידת האדמה בעיר קובה, חולקו דרגות 5 ו-6 לשתי דרגות משנה.

בשנת 1894 פותח סולם אומורי על ידי הסייסמולוג פוסקיצ'י אומורי (大森房吉,‏ 1868–1923), שכיהן כפרופסור באוניברסיטת טוקיו וניסח את חוק אומורי העוסק בתדירותן של רעידות עוקבות. סולם החומרה שלו היה בעל 7 דרגות,[7] והתבסס על התאוצה המרבית של הקרקע ועל התנהגותם של מבנים יפניים אופייניים.[8] ב"Historical perspectives on East Asian Science, Technology, and medicine"[9] מצוין, כי לאחר ביקור באיטליה התאים אומורי את סולם רוסי-פורל למפרטים יפניים, וציין את שרידותם של בניינים יפניים לעומת שבירותם של בניינים זרים בהקשר סייסמולוגי. הסולם פורסם בשנת 1900.

בשנת 1996 פותח סולם חומרה יפני (JMA) על ידי הסוכנות המטאורולוגית של יפן. סולם זה – המבוסס על סולם אומורי[10] – משמש ביפן מאז פיתוחו וגם בטאיוואן.

סולם מרקאלי[עריכת קוד מקור | עריכה]

בשנת 1902 עודכן סולם רוסי-פורל על ידי הוולקנולוג ג'וזפה מרקאלי (Giuseppe Mercalli,‏ 1850–1914) ונקרא אז סולם מרקאלי. גם סולם זה עבר כמה שינויים:

סולם מרקאלי המותאם (MM) משמש בעיקר בארצות הברית ובהונג קונג.

סולם MSK[עריכת קוד מקור | עריכה]

נזקים בעקבות רעידת האדמה בסצ'ואן, 2008

שמו של סולם מדבדב-ספונהאוור-קרניק (MSK) – הנקרא גם סולם MSK-64 – מורכב מראשי התבות של שמות מפתחיו: סרגיי מדבדב מברית המועצות, וילהלם ספונהאוור מגרמניה המזרחית וויט קרניק מצ'כוסלובקיה. סולם זה פותח בשנת 1964 על יסוד סולם מרקאלי המותאם וסולם שפיתח מדבדב בשנת 1953 שנקרא על שמו, המוכר גם כסולם GEOFIAN. סולם MSK משמש בישראל, בהודו, ברוסיה ובחבר המדינות.

סולם ליידו (CSIS)[עריכת קוד מקור | עריכה]

ב-1980 פותח בסין סולם ליידו (הנקרא גם סולם CSIS), המבוסס על דרגות לֶיידוּ (בסינית: 烈度 ובפין-יין: lièdù – דרגות אלימוּת). תקופה קצרה לפני רעידת האדמה בסצ'ואן עודכן הסולם והפך לתקן סטנדרטי. הסולם מורכב מתחושה סובייקטיבית של בני אדם, דרגות נזק שונות ותנועה אופקית של הקרקע.

סולם EMS[עריכת קוד מקור | עריכה]

בשנת 1988 החליטה הוועדה הסייסמולוגית האירופית (ESC) לבחון ולעדכן את סולם MSK. בשנת 1992, לאחר ארבע שנים של בחינה ועדכונים, הונח היסוד להרכבתו של סולם מקרוסייסמי אירופי (EMS). באסיפת הוועדה ב-1996 הוחלט על אימוץ הסולם החדש, וב-1998 פורסם הסולם[11] והוחל ביישומו במדינות החברות בוועדה. סולם זה – המורכב מ-12 דרגות – משמש סייסמולוגים ומהנדסים כאחד ומאפשר שיתוף פעולה ביניהם. סולם EMS משמש בעיקר באירופה, אך גם במקומות נוספים.

השוואה בין סולמות החומרה:[עריכת קוד מקור | עריכה]

דרגה רוסי-פורל JMA* מרקאלי מותאם MSK ליידו (CSIS)* EMS
0
לא מורגשת
I מיקרוסייסמית מורגשת מעט מכשירית לא מורגשת לא מורגשת לא מורגשת
II קלושה במיוחד מורגשת קלושה מורגשת בקושי מורגשת בקושי מורגשת בקושי
III קלושה מאוד מורגשת בהרחבה קלה חלשה מורגשת מעט חלשה
IV קלושה מורגשת ומפחידה בינונית מורגשת בהרחבה מורגשת מורגשת
V מתונה נמוכה – גורמת לבריחה;
גבוהה – משתקת
חזקה למדי חזקה למדי מורגשת בהרחבה חזקה
VI חזקה למדי נמוכה – קשה לעמוד;
גבוהה – מפילה
חזקה חזקה קשה לעמוד נזקים קלים
VII חזקה מדרגה זו ומעלה – מפילה ומרעידה חזקה מאוד חזקה מאוד מפחידה ומבריחה נזקים
VIII חזקה מאוד
הרסנית נזקים קשה ללכת נזקים כבדים
IX חזקה במיוחד
מחריבה הרסנית מפילה אנשים בתנועה הרסנית
X קיצונית
נוראה מחריבה מפילה ומשליכה הרסנית מאוד
XI
נוראה ביותר הרת אסון הרס נרחב מחריבה
XII
הרת אסון הרת אסון כבד שינוי דרסטי בנוף מחריבה לגמרי


(*) – מבוסס על תחושות של אנשים

סולמות עוצמה[עריכת קוד מקור | עריכה]

סולמות עוצמה שונים[12] פותחו על מנת לחשב את עוצמתן המוחלטת של רעידות אדמה – גודל שיהווה מדד בינלאומי ויאפשר השוואה מתמטית בין רעשים שונים בעולם.

סולמות מקומיים[עריכת קוד מקור | עריכה]

סולם ריכטר[עריכת קוד מקור | עריכה]
צ'ארלס ריכטר
Postscript-viewer-shaded.png ערך מורחב – סולם ריכטר

בשנת 1935 פיתח צ'ארלס ריכטר את סולם העוצמה הראשון בעולם – סולם ריכטר – בשיתוף עם בֶּנוֹ גוטנברג (Beno Gutenberg,‏ 1889–1960), שניהם מהמכון הטכנולוגי של קליפורניה. הסולם מבוסס על עשר דרגות בסקאלה לוגריתמית, ובו רעידת אדמה בדרגה מסוימת גדולה פי עשרה מרעידת אדמה בדרגה אחת פחות. ההבדלים בכמות האנרגיה המשתחררת ברעידת האדמה גדולים עוד יותר: גם אלה נמדדים בסקאלה לוגריתמית, לפיה האנרגיה המשתחררת בדרגה מסוימת גדולה פי 30-32 מזו המשתחררת ברעידת אדמה בדרגה אחת פחות.[13] מבחינה תאורטית עשויות להתרחש רעידות אדמה גדולות מדרגה עשר בסולם זה, אך טרם נרשמו כאלה.

סולם ריכטר מבוסס על מדידות מקומיות עד למרחק של כמה מאות קילומטרים, ורק לעתים נדירות משמש סייסמולוגים להערכת גודלה של רעידת אדמה.[14] מפתחיו ביססו אותו על המשרעת המקסימלית של סייסמוגרמה, המבוססת על סייסמוגרף מסוג W-A שכבר כמעט ולא נעשה בו שימוש כיום. ערכיו מחושבים על פי שימוש במיכשור מודרני, תוך ביצוע תיקונים מתאימים. הסולם משמש כיום לחישוב עוצמת רעידה מקומית, ומסומן באותיות ML‏ (L‏ – local, מקומי).

סולם עוצמה יפני[עריכת קוד מקור | עריכה]

מאחר וביפן מתרחשות רעידות אדמה רבות, פיתחה הסוכנות המטאורולוגית של יפן סולם עוצמה יפני – סולם חשיבות מקומי.[15] הסולם משמש להערכת העוצמה של רעידות האדמה המקומיות, ומסומן כ-MJMA.

מדדים נוספים[עריכת קוד מקור | עריכה]

גלים סייסמיים

מאחר וסולם ריכטר היה מוגבל לרעידות אדמה קטנות וקרובות יחסית לפני הקרקע. נחוץ היה להרחיב את הערכת העוצמה לרעידות אדמה גדולות ועמוקות יותר.[16] מסיבה זו נערך רישום וחישוב גודלם של הגלים הסייסמיים השונים הפעילים בעת רעידת האדמה ומשך פעילותם. שילוב של סולמות אלה מהווה מדד טוב לעוצמתה של רעידת האדמה.[17]

סולם גלי גוף[עריכת קוד מקור | עריכה]

סולם גלי גוף מודד את גודלם של גלי Pגלי גוף ראשוניים – ומספק הערכה ראשונית של עוצמת רעידת האדמה מאחר שגלים אלה הם הראשונים להגיע אל פני השטח. סולם זה מתאים במיוחד לרעידות אדמה עמוקות מוקד, והעוצמה של גלי הגוף נרשמת כ-Mb.

סולם גלי שטח[עריכת קוד מקור | עריכה]

סולם גלי שטח מודד את עוצמתם של גלי שטח מסוג ריילי – הנעים על פני השטח וגורמים לעיקר הנזק והנפגעים. השימוש בסולם גלי השטח נעשה במטרה לשפר את המידע המתאר את רעידת האדמה. סולם זה מתאים לרעידות אדמה מרוחקות, הנמדדות במשך כ-20 שניות. העוצהמ של גלי השטח נרשמת כ-Ms.

סולם משך העוצמה[עריכת קוד מקור | עריכה]

סולם משך העוצמה פותח על יסוד ההשערה, כי מדידת משך הזמן בו פועלים גלים סייסמיים מהווה מדד לעוצמתה של רעידת האדמה. במקרה זה נמדדת דעיכת משרעת הרעידה לאורך זמן. בסולם זה משתמשים במקרים בהם קיימת מגבלת טווח במיכשור אנלוגי, שאינה מאפשרת למדוד את שיאי המשרעת. הסולם מתבסס על משך פעולתם של גלי שטח, ונרשם כ-MD.

סולם מגניטודה לפי מומנט[עריכת קוד מקור | עריכה]

Postscript-viewer-shaded.png ערך מורחב – סולם מגניטודה לפי מומנט

סולמות העוצמה השונים התגלו כמוגבלים ביותר ונוצר צורך ליצור סולם עוצמה מאוחד המתאים לרעידות אדמה בכל הגדלים והעומקים.[15] סולם מאוחד כזה – סולם מגניטודה לפי מומנט או סולם MMS – פותח על ידי הסייסמולוגים תומס הנקס (Thomas C. Hanks) והירו קנמורי (Hiroo Kanamori) בשנת 1979.‏[18] הסולם מאפשר דיוק רב יותר בחישוב ובהשוואת גודלן של רעידות אדמה[19] – בעיקר גדולות, ומתאים לרעשים בכל גודל ובכל עומק. בחישוב הסולם נעשה שימוש לא רק במשרעת המרבית של הגלים הסייסמיים, אלא בכל המידע המופק מהם.

סולם המגניטודה לפי מומנט מהווה המרה של המומנט הסייסמי[20] לקנה מידה לוגריתמי, בדומה לסולם ריכטר. אף כי בתקשורת נהוג לדווח על רעידות אדמה לא מקומיות במונחים של סולם ריכטר, רעידות אדמה אלה נמדדות בסולם מגניטודה לפי מומנט.[21] הסולם מורכב מעשר דרגות, והוא מסומן כ-MW.

השוואה בין סולמות העוצמה:[עריכת קוד מקור | עריכה]

השוואת סולמות מגניטודה

באיור ניתן להבחין בשני הבדלים בין הסולמות:

  • מגבלותיו של סולם גלי השטח מתבטאות בסטייה מהקו הכללי ברעידות אדמה קטנות.
  • לכל הסולמות – פרט לסולם מגניטודה לפי מומנט – נקודת רוויה ברעידות אדמה גדולות. רוויה זו נובעת מכך שאורכי הגל של הגלים הסייסמיים אינם משתנים גם ברעידות גדולות, בהן גדלים אורך מישור ההעתק, המומנט הסייסמי והאנרגיה המשתררת ברעש.

בטבלה מוצגת השוואה נוספת בין סולמות העוצמה השונים:[22]

סולם טווח עוצמות טווח מרחק/זווית הערות
ריכטר (ML)
2–6
0–400 ק"מ
גלי גוף (Mb)
4–7
16–100 מעלות
רעידות אדמה עמוקות מוקד
גלי שטח (Ms)
5–8
20–180 מעלות
משך העוצמה (MD)
עד 4
0–400 ק"מ
מגניטודה לפי מומנט (MW)
מ-3.5
הכל


ראו גם[עריכת קוד מקור | עריכה]

לקריאה נוספת[עריכת קוד מקור | עריכה]

קישורים חיצוניים[עריכת קוד מקור | עריכה]

הערות שוליים[עריכת קוד מקור | עריכה]